CN101592965A - 多模式控制电路、方法及ac-dc变换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多模式控制电路、方法及AC－DC变换电路，可以根据不同的负载状况，采用多模式控制，同时该变换电路可根据实际需要而有不同的模式组合，从而实现电路的高效率和结构更紧凑。

Description

多模式控制电路、方法及AC-DC变换电路

技术领域

本发明涉及AC-DC变换电路及其控制电路，更具体地说，本发明涉及应用多模式控制的AC-DC变换电路。

背景技术

AC-DC变换电路被广泛地应用于各种场合。然而现有AC-DC变换电路其控制器通常采用恒定峰值电流或恒定开关频率的方法，使得当电路负载变低时，效率降低。

而且，现有AC-DC变换电路的控制电路部分根据其控制模式的不同，分别采用相对独立的电路，其电路结构复杂，不利于器件的小型化，使其成本和便携性受限。

因此有需要提供针对不同负载状况，而采用不同控制模式的多模式控制电路及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用多模式控制电路和控制方法的AC-DC变换电路，基于该多模式控制电路和控制方法的改进AC-DC变换电路，把反馈回路、峰值电流控制电路、开关频率控制电路及负载状态检测电路等整合在一起，显著提高电路的效率，使电路结构更紧凑、更优化，利于器件的小型化，提高便携性，降低成本。

本发明的另一个目的是提供一种上述AC-DC变换电路中应用的多模式控制电路。

本发明还有一个目的是提供上述AC-DC变换电路的多模式控制方法。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种多模式控制电路，包括：

受控开关，连接于所述多模式控制电路所控制的被控电路；

开关频率控制电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出开关频率控制信号；

峰值电流控制电路，一个输入端接收流过所述受控开关的电流信号，另一个输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出峰值电流控制信号；

轻载状态检测电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出轻载状态控制信号；

模式切换电路，分别接收开关频率控制电路、峰值电流控制电路、轻载状态检测电路输出的控制信号，根据上述各电路所接收信号表征的负载变化切换受控开关，使受控电路运行于多种模式。

一种AC-DC变换电路，包括

整流桥，用以接收所述AC-DC变换电路的交流输入信号，并输出直流信号；

储能元件，能够储存能量；

受控开关，电耦接至所述储能元件，在所述受控开关导通时所述储能元件存储能量，在所述受控开关关断时所述储能元件中存储的能量被传送至负载；

电流采样电路，电耦接至所述受控开关，采样流过所述受控开关的电流，并产生代表流过所述受控开关的电流的电流采样信号；

输出反馈电路，采样所述变换电路的输出电压，并产生与所述输出电压相关的反馈信号；

以及上述的多模式控制电路，所述受控开关设置于该控制电路内。

一种多模式的控制方法，包括

检测状态：检测负载状态；

切换模式：根据负载状态，切换电路运行于多种控制模式。

本发明的AC-DC变换电路采用上述结构和/或上述方法，可以检测负载状态的变化，并根据其变化切换不同电路的控制信号参与受控开关运行的控制，使其运行在不同的控制模式下，从而更切合负载的情况，提高电路运行的效率；而且本发明的电路结构，整合各控制电路，减少了元器件应用的重复和冗余，使电路结构更紧凑、更优化，更利于小型化，特别利于将其集成化为芯片，且具有降低成本的优点。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为根据本发明的一种AC-DC变换电路100。

图2为图1所示电路100的控制芯片IC_I的具体电路10。

图3为图1所示电路100当其控制芯片为图2所示电路10时的开关频率和峰值电流随反馈信号的变化而变化的波形图。

图4为图1所示电路100当其控制芯片为图2所示电路10时的开关频率和峰值电流随反馈信号的变化而变化的另一波形图。

图5为图1所示电路100的控制芯片IC₁的具体电路20。

图6为图1所示电路100当其控制芯片为图2所示电路20时的开关频率和峰值电流随反馈信号的变化而变化的波形图。

图7为图1所示电路100当其控制芯片为图2所示电路20时的开关频率和峰值电流随反馈信号的变化而变化的另一波形图。

具体实施方式

如图1所示，为典型AC-DC变换电路100。电路100包括一接收交流输入信号V_IN的整流桥，一与所述整流桥并联连接的输入电容C_IN，一变压器T(本领域的技术人员应该认识到，变压器T为能够储存能量的储能元件)，一控制芯片IC₁，一由变压器T的初级绕组T₀、次级绕组T₁、二极管D₁、输出电容C_OUT构成的典型反激拓扑，一由变压器T的辅助绕组T₂、二极管D₂、电容C₁，电阻R₂组成的辅助供电回路，一由光电耦合器D₀、电阻R₁、电阻R₃、齐纳二极管D₃组成的反馈组件，一采样电阻R_S，以及一电容C₀。

其中变压器T的初级绕组T₀的一端接收经过整流桥和输入电容C_IN整流后的直流信号V_DC，其另一端连接至控制芯片IC₁(也就是图2所示的控制变换电路运行模式的多模式控制电路10)的一个管脚D。变压器T的次级绕组T₁和二极管D₁串联连接后与输出电容C_OUT并联连接，输出电容C_OUT两端电压即为电路100的输出电压V_OUT。反馈组件中光电耦合器D₀、电阻R₁以及齐纳二极管D₃依次串联连接后与输出电容C_OUT并联连接，从而反馈输出电压V_OUT至控制芯片IC₁的反馈管脚FB。由于光电耦合器D₀反馈的是电流信号，于是电阻R₃与光电耦合器D₀的三极管部分串联，将流经其上的电流信号转换为相应的电压信号，即电路100的反馈信号V_FB。变压器T的辅助绕组T₂和二极管D₂、电阻R₂串联连接后与电容C₁并联连接，从而在电路100正常工作时，提供用于控制芯片IC₁内部供电源所需的辅助供电电压。其中电阻R₂用于控制电容C₁的充放电速度。

控制芯片IC₁包括：

受控开关，连接于所述多模式控制电路所控制的被控电路；

开关频率控制电路1，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出开关频率控制信号；

峰值电流控制电路2，一端接收流过所述受控开关的电流信号，另一端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出峰值电流控制信号；

轻载状态检测电路3，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出轻载状态控制信号；

模式切换电路5，分别接收开关频率控制电路、峰值电流控制电路、轻载状态检测电路输出的控制信号，根据上述各电路所接收信号表征的负载变化切换受控开关，使受控电路运行于多种模式；

驱动电路4，接收模式切换电路的输出信号，向受控开关的控制端输出驱动控制信号。

如图2所示，控制芯片IC₁的管脚D内接受控开关(本实施例中，受控开关为MOSFET高压主开关管M₁)的一端，即连接于主开关管M₁的漏极，则主开关管M₁通过变压器T的初级绕组T₀接收直流信号V_DC。主开关管M₁的源极S外接电阻R_S，用以采样主开关管M₁的电流，并转换为相应的电压信号V_RS，此信号即为电流采样信号。

参看图2，为图1所示电路100的控制芯片IC₁的具体电路10，其为本发明的第一实施例。

如图2所示，控制芯片IC₁的模式切换电路包括RS触发器和门电路。RS触发器的置位端和输出端电耦接至开关频率控制电路1，其复位端电耦接至峰值电流控制电路2；本实施例中，门电路为与门电路U₀，其一个输入端电耦接至RS触发器U₅的输出端，其另一个输入端电耦接至轻载状态检测电路3，其输出端电耦接至受控开关M₁的控制端。

如图2所示，控制芯片IC₁内的开关频率控制电路1包括产生并输出锯齿波的锯齿波产生电路、第一比较器U₁、短脉冲电路U₆和开关频率参考信号给定电路。

控制芯片IC₁的管脚C_t内接一电流值为I_Ct的电流源U_S电流流出端以及第一开关S₁的一端，电流源U_S的另一端与第一开关S₁的另一端接地。电流源U_S、第一开关S₁和管脚C_t的外接电容C₀(外接电容C₀即第一电容)组成锯齿波产生电路(本实施例为减少控制芯片IC₁的尺寸，锯齿波产生电路的电容设置在芯片外；根据需要也可以设置在芯片内)。该锯齿波产生电路输出的锯齿波信号被输送至第一比较器U₁的同相输入端。管脚FB通过第一电阻R内接至第一比较器U₁的反相输入端。齐纳二极管D₄也同时连接至第一比较器U₁的反相输入端，用以钳位第一比较器U₁反相输入端的电压，第一比较器U₁的输出端连接至RS触发器U₅的置位端S。其中第一电阻R和齐纳二极管D₄组成开关频率参考信号给定电路，齐纳二极管D₄即钳位器，其钳位端连接至第一比较器U₁的反相输入端，另一端接地，其钳位电压为V_D4。RS触发器U₅的输出Q也被输送至短脉冲电路U₆，进而通过短脉冲电路U₆来控制第一开关S₁的开通与关断，从而控制管脚C_t外接电容C₀的充放电情况。其中短脉冲电路U₆的脉冲持续时间为T_pulse。

如图2所示，控制芯片IC₁还包含有峰值电流控制电路2，该电路包括减法器U₄、第二比较器U₂和峰值电流参考信号给定电路201。

如前所述，管脚S外接一采样电阻R_S，内接至主开关管M₁的源极，同时管脚S内接至第二比较器U₂的同相输入端，即第二比较器U₂的同相输入端作为峰值电流控制电路2的一个输入端，接收电流采样信号V_RS。减法器U₄的输入端作为峰值电流控制电路2的另一个输入端，接收电路100输出信号的反馈信号V_FB，并输出差信号V_SUB-V_FB；峰值电流参考信号给定电路201的一个输入端接收减法器U₄输出的差信号V_SUB-V_FB，另一个输入端接收电流参考信号V_sense，并输出峰值电流参考信号V_ir至第二比较器U₂的反相输入端。其中峰值电流参考信号给定电路201具有这样一个特性：其判定差信号V_SUB-V_FB和电流参考信号V_sense的大小，并将较小的信号作为峰值电流参考信号V_ir，输送至第二比较器U₂的反相输入端。举例来说，峰值电流参考信号给定电路201可以通过两个并联连接的二极管实现。其中一个二极管的阴极接收差信号V_SUB-V_FB，另一个二极管的阴极接收电流参考信号V_sense，两者的阳极均连接于第二比较器U₂的反相输入端。但是本领域的技术人员可以认识到，本实施例中，峰值电流参考信号给定电路201并不限于这样的结构，还可以以其他多种方式实现其特性。第二比较器U₂的输出端连接至RS触发器U₅的复位端R。RS触发器U₅的输出Q被输送至与门U₀的一个输入端。

如图2所示，控制芯片IC₁的轻载状态检测电路3包括减法器U₄、滞回比较器U₃，其中的减法器U₄与峰值电流控制电路2中的减法器U₄为共用的同一减法器。

滞回比较器U₃的滞环值被设定为V₁，其同相输入端接收减法器输出的差信号V_SUB-V_FB，其反相输入端接收参考电平V_ref，因此滞回比较器U₃的滞环上限V_BRH＝V_ref+V₁，其滞环下限V_BRL＝V_ref-V₁，其输出端连接至与门U₀的另一个输入端。与门U₀的输出端连接至驱动电路4，进而通过驱动电路4控制主开关管M₁的导通与关断。减法器U₄和滞回比较器U₃组成一轻载状态检测电路3，用以提供一轻载状态检测信号，并判断所述AC-DC变换电路何时进入轻载状态。当减法器U₄的输出V_SUB-V_FB小于滞回比较器U₃的滞环下限V_BRL时，滞回比较器U₃输出一低电平信号至与门U₀，从而无效了与门U₀的另一个输入，即无效了RS触发器的输出Q，使得与门U₀的输出为低，进而通过驱动电路4后主开关管M₁被维持关断。

管脚FB同时内接至减法器U₄，减法器U₄的输出为V_SUB-V_FB，其中V_SUB为一系统设定常数，本领域的技术人员可知，V_SUB可以由内部供电源分压得到，也可以由其他方式得到。V_SUB-V_FB被输送至滞回比较器U₃的同相输入端和峰值电流参考信号给定电路201。

管脚GND为接地管脚，其将控制芯片IC₁内的接地信号外接至电路100变压器T的原边接地端，即初级绕组T₀的接地端。由图1可以看到，变压器T的辅助绕组T₂与其初级绕组T₀共地。

电路100正常运行时，整流桥接收交流输入信号V_IN，从整流桥输出的信号通过输入滤波电容C_IN后得到直流信号V_DC。该直流信号V_DC通过变压器T的初级绕组T₀被输送至控制芯片IC₁内的主开关管M₁，并通过控制主开关管M₁的开通与关断得到次级绕组T₁端的电路100的输出电压V_OUT。当主开关管M₁被开通时，流经其上的电流I_M1增大；当主开关管M₁被关断时，流经其上的电流I_M1减小。因此主开关管M₁被开通瞬间的电流值为其最小值；而主开关管M₁被关断瞬间的电流值为其最大值，即主开关管M₁的峰值电流I_peak。采样电阻R_S将流经主开关管M₁的电流I_M1转化为相应的采样电压V_RS。当采样电压V_RS大于第二比较器U₂反相输入端的电压时，第二比较器U₂输出一个高电平信号至RS触发器U₅的复位端R。RS触发器U₅被复位，其输出信号Q变低，因此与门U₀的输出变低，使得经由驱动电路4后主开关管M₁被关断。因此第二比较器U₂反相输入端的电压决定了主开关管M₁何时被关断，也即决定了流经主开关管M₁的电流I_M1的峰值电流I_peak，即第二比较器U₂反相输入端的电压为峰值电流参考信号。

电路100的输出电压V_OUT通过反馈组件中的光电耦合器D₀、电阻R₁以及齐纳二极管D₃被反馈至控制芯片IC₁的管脚FB。流经光电耦合器D₀三极管部分的反馈电流流经电阻R₃后被转化为相应的电压信号V_FB。当负载电流比较大时，输出电压V_OUT较轻载时小。而反馈组件中齐纳二极管D₃钳位电压恒定，光电耦合器D₀的二极管部分其导通压降也恒定，于是此时电阻R₁两端电压较电路100轻载时小，流经电阻R₁的电流相应较小，即光电耦合器D₀的电流较小。电阻R₃两端的电压，也即反馈信号V_FB也随之较小。而随着负载电流的降低，电阻R₃两端电压，也即反馈信号V_FB将有所增大。

当反馈信号V_FB慢慢增大但仍小于齐纳二极管D₄两端的钳位电压V_D4，并且减法器U₄输出的差信号V_SUB-V_FB大于滞环比较器U₃的滞环上限V_BRH、小于采样参考电压V_sense时，即V_FB＜V_D4、V_SUB-V_FB＞V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH时，峰值电流参考信号给定电路201输出的峰值电流参考信号V_ir为V_sense，则此时流经主开关管M₁的峰值电流I_peak由电流参考信号V_sense决定，所以此时I_peak恒定。滞回比较器U₃的输出为高，与门U₀的输出由其另一个输入决定，即由RS触发器U₅的输出Q决定。在管脚C_t处，当S₁被关断时，电流源U_S开始给外接电容C₀充电，电容C₀两端电压开始增大。根据电容特性 $I_C=C\×\frac{{\mathrm{dV}}_C}{\mathrm{dt}}$ (其中C为电容值，I_C为流经电容的电流，V_C为电容两端电压，t为时间)，由于电流I_Ct恒定，则电容C₀的充电时间T_charge＝C_C0×V_C0/I_Ct，其中C_C0为电容C₀的电容值、V_C0为电容C₀两端电压。当电容C₀两端电压V_C0触到第一比较器U₁的反相输入端电压时，第一比较器U₁输出一个高电平信号至RS触发器U₅的置位端S。RS触发器U₅被置位，其输出信号Q变高。因此与门U₀的输出变高，此高电平信号经由驱动电路4后将主开关管M₁开通；同时经由短脉冲电路U₆后，将第一开关S₁开通一个短脉冲时间段T_pulse，随之电容C₀被迅速放电，其两端电压V_C0迅速降至零，则第一比较器U₁输出变低。当短脉冲时间段T_pulse结束后，电容C₀被重新充电，直至其两端电压V_C0再一次达到第一比较器U1反相输入端电压。所以，在状态V_FB＜V_D4、V_SUB-V_FB＞V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH下，施加在第一比较器U₁反相输入端的电压，即开关频率参考信号为反馈信号V_FB。当电容C₀两端电压V_C0达到反馈信号V_FB的电压值时，一方面主开关管M₁被开通，另一方面电容C₀被开关S₁迅速放电。此时电容C₀的充电时间T＝T_charge+T_pulse＝C_C0×V_FB/I_Ct+T_pulse，因此此时电路100的开关频率f＝1/(T_charge+T_pulse)＝1/(C_C0×V_FB/I_Ct+T_pulse)。随着负载电流的减小，反馈信号V_FB有所增大，因此此时电路100的开关频率f减小。可以看到，锯齿波产生电路、第一比较器U₁、短脉冲电路U₆、开关频率参考信号给定电路以及RS触发器U₅构成一开关频率控制电路1，用以提供一开关频率控制信号，并控制电路100开关频率f的变化。

当负载电流继续减小，反馈信号V_FB继续增大，使得V_FB＜V_D4、V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH时，峰值电流参考信号V_ir为减法器U₄的输出V_SUB-V_FB，此时主开关管M₁的峰值电流I_peak与减法器U₄的输出V_SUB-V_FB成正比，其随反馈信号V_FB的增大而减小；施加在第一比较器U₁反相输入端的电压，即开关频率参考信号仍为反馈信号V_FB，则电路100的开关频率f＝1/(T_charge+T_pulse)＝1/(C_C0×V_FB/I_Ct+T_pulse)，其随着反馈信号V_FB的增大而减小。

当负载电流继续减小，反馈信号V_FB继续增大，使得V_FB＞V_D4、V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH时，峰值电流参考信号V_ir仍为减法器U₄的输出V_SUB-V_FB，此时主开关管M₁的峰值电流I_peak与减法器U₄的输出V_SUB-V_FB成正比，其随反馈信号V_FB的增大而减小；第一比较器U₁反相输入端的电压被齐纳二极管D₄所钳位，因此此时施加在第一比较器U₁反相输入端的电压，即开关频率参考信号变为齐纳二极管D₄的钳位电压V_D4，电路100的开关频率f＝1/(T_charge+T_pulse)＝1/(C_C0×V_D4/I_Ct+T_pulse)，由于电容C₀的电容值C_C0、电流I_Ct、齐纳二极管D₄的钳位电压V_D4以及短脉冲时间段T_pulse均已给定，因此此时电路100的开关频率f不变。

当负载电流非常小，反馈信号V_FB增大到使得V_FB＞V_D4，V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＜V_BRL时，滞回比较器U₃的输出变低，此低的信号无效了与门U₀另一个输入端的输入。即不论此时RS触发器的输出为高或者为低，与门U₀的输出均为低，则经由驱动电路U_D后，主开关管M₁保持关断的状态。即轻载状态检测电路3判断电路100进入轻载状态。此时电路100的输出电压V_OUT降低，反馈信号V_FB随之降低。若反馈信号V_FB降低至V_SUB-V_FB＞V_BRH时，滞回比较器U₃输出变高，使得与门U₀的输出由RS触发器U₅的输出Q决定，即与门U₀输出正常控制信号，使得经由驱动电路4后，主开关管M₁被正常开通与关断。主开关管M₁被正常开通与关断后，电路100的输出电压V_OUT有所增大，反馈信号V_FB也有所增大，直至V_SUB-V_FB＜V_BRL，滞环比较器U₃输出变低，电路工作进入如前所述的循环：与门U₀输出低电平信号至驱动电路U_D，主开关管M₁保持关断状态；而后电路100输出电压V_OUT降低，反馈信号V_FB随之降低，与门输出正常控制信号，主开关管M₁又被正常开通与关断。这种工作模式通常被称为脉冲跳跃模式(burst mode)。直至负载电流重新升高，电路100输出电压V_OUT降低，反馈信号V_FB降低，从而使V_SUB-V_FB＞V_BRH维持住，则电路100跳出burst模式。

可以看到，图2所示电路10的控制芯片IC₁使电路100在不同的负载状况下具有4种工作模式：

模式1：峰值电流I_peak恒定且开关频率f变化；

模式2：峰值电流I_peak且开关频率f均变化；

模式3：开关频率f恒定且峰值电流I_peak变化；

模式4：burst模式，即脉冲跳跃模式。

倘若修改电路10的参数，使得V_SUB-V_D4≤V_BRL，在模式2情况下，即当V_FB＜V_D4、V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH时，随着反馈信号V_FB的继续增大，会出现V_BRL＜V_SUB-V_FB＜V_BRH，则只要反馈信号V_FB增大到V_FB＞V_D4时，V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＜V_BRL。即此时反馈信号V_FB的变化跳过了情况V_FB＞V_D4、V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH，则此时电路100直接进入模式4：burst模式。即当电路参数为V_SUB-V_D4≤V_BRL时，电路100随着负载电流的减小，依次经历模式1、模式2、模式4，其开关频率f和流过主开关管M₁的峰值电流I_peak如图4所示。

在实际运行中，这4种工作模式可以根据需要进行组合，可以选择其中两种、三种或者四种工作模式，并且工作模式的先后顺序可以根据需要变化。以下再举一实施例加以说明。

图5为图1所示电路100的控制芯片IC₁的另一具体电路20，其为本发明的第二实施例。

图5与图2的相同部分采用相同的附图标记，与图2所示的电路10相比，电路20的不同之处在于，开关频率参考信号给定电路包括第一电阻R、偏置电压源V_offset、开关频率参考信号判定电路101。其中开关频率参考信号判定电路101的一端通过第一电阻R的一端接收电路100的反馈信号V_FB，另一端接收偏置电压源V_offset输出的频率参考信号。其中开关频率参考信号判定电路101具有这样一个特性：其判定接收的上述两个输入信号的大小，并将大的信号作为开关频率参考信号输送至第一比较器U₁的反相输入端。同时峰值电流参考信号给定电路201的特性变为：其判定接收的两个输入信号(V_SUB-V_FB和V_sense)的大小，并将较大的信号作为峰值电流参考信号V_ir，输出至第二比较器U₂的反相输入端。举例来说，开关频率参考信号判定电路101可以通过两个并联连接的二极管实现。其中一个二极管的阳极通过第一电阻R接收反馈信号V_FB，另一个二极管的阳极接收电压源V_offset输出的频率参考信号，两者的阴极均连接于第一比较器U₁的反相输入端。峰值电流参考信号给定电路201可以通过两个并联连接的二极管实现。其中一个二极管的阳极接收差信号V_SUB-V_FB，另一个二极管的阳极接收电流参考信号V_sense，两者的阴极均连接于第二比较器U₂的反相输入端。但是本领域的技术人员可以认识到，本实施例中，开关频率参考信号判定电路101和峰值电流参考信号给定电路201并不限于这样的结构，还可以以其他多种方式实现其特性。

当V_FB＜V_offset、V_SUB-V_FB＞V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH时，在第一比较器U₁反相输入端处，开关频率参考信号为偏置电平V_offset；在第二比较器U₂反相输入端处，峰值电流参考信号V_ir为减法器U₄输出的差信号V_SUB-V_FB。因此此时电路100的开关频率f＝1/(T_charge+T_pulse)＝1/(C_C0×V_offset/I_Ct+T_pulse)，开关频率f恒定；主开关管M₁的峰值电流I_peak正比于V_SUB-V_FB，I_peak随反馈信号V_FB的增大而减小。即此时为模式3。

当负载电流慢慢减小，反馈信号V_FB慢慢增大，使得V_FB＞V_offset、V_SUB-V_FB＞V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH时，在第一比较器U₁反相输入端处，开关频率参考信号为反馈信号V_FB；在第二比较器U₂反相输入端处，峰值电流参考信号V_ir为减法器U₄的输出V_SUB-V_FB。因此此时电路100的开关频率f＝1/(T_charge+T_pulse)＝1/(C_C0×V_FB/I_Ct+T_pulse)，主开关管M₁的峰值电流I_peak正比于V_SUB-V_FB，f与I_peak均随反馈信号V_FB的增大而减小。即此时为模式2。

当负载电流慢慢减小，反馈信号V_FB慢慢增大，使得V_FB＞V_offset、V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH时，在第一比较器U₁反相输入端处，开关频率参考信号为反馈信号V_FB；在第二比较器U₂反相输入端处，峰值电流参考信号V_ir为电流参考信号V_sense。因此此时电路100的开关频率f＝1/(T_charge+T_pulse)＝1/(C_C0×V_FB/I_Ct+T_pulse)，开关频率f随反馈信号V_FB的增大而减小；主开关管M₁的电流峰值I_peak正比于V_sense，I_peak恒定。即此时为模式1。

当负载电流继续减小，反馈信号V_FB继续增大到V_FB＞V_offset，V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＜V_BRL时，滞回比较器U₃的输出变低，此低的信号无效了与门U₀另一个输入端的输入，电路100进入burst模式，即模式4。

可以看到，图5所示电路20的控制芯片IC₁使电路100随着负载电流的减小，依次经历了模式3、模式2、模式1、模式4，其开关频率f和流过主开关管M₁的峰值电流I_peak如图6所示。

倘若修改电路20的电路参数，使得V_SUB-V_offset≤V_sense，则只要V_FB＞V_offset时，V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH，即此时反馈信号V_FB的变化跳过了情况V_FB＞V_offset、V_SUB-V_FB＞V_sense、V_SUB-V_FB＞V_BRH，直接从模式3进入模式1。接着负载电流继续减小，反馈信号V_FB继续增大，直至V_FB＞V_offset，V_SUB-V_FB＜V_sense、V_SUB-V_FB＜V_BRL时，滞回比较器U₃的输出变低，此低的信号无效了与门U₀另一个输入端的输入，电路100进入模式4：burst模式。即当电路参数为V_SUB-V_offset≤V_sense时，电路100随着负载电流的减小，依次经历模式3、模式1、模式4，其开关频率f和流过主开关管M₁的峰值电流I_peak如图7所示。

本发明还提出了一种多模式的控制方法，包括以下步骤：第一步，检测负载状态；第二步，根据负载状态，使电路100运行于相应控制模式；并且随着负载变化，电路运行于多种控制模式：开关频率变化、峰值电流恒定模式，开关频率与峰值电流均变化模式，开关频率恒定、峰值电流变化模式，脉冲跳跃模式。并且述多种控制模式可以根据需要进行组合。

随着负载电流降低，电路100可依次运行于模式1、模式2、模式3、模式4；或者随着负载电流降低，电路100可依次运行于模式1、模式2、模式4；或者随着负载电流降低，电路100可依次运行于模式3、模式2、模式1、模式4；或者随着负载电流降低，电路100可依次运行于模式3、模式1、模式4。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (34)

1、一种多模式控制电路，其特征在于，包括

受控开关，连接于所述多模式控制电路所控制的被控电路；

开关频率控制电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出开关频率控制信号；

峰值电流控制电路，一个输入端接收流过所述受控开关的电流信号，另一个输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出峰值电流控制信号；

轻载状态检测电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出轻载状态控制信号；

模式切换电路，分别接收开关频率控制电路、峰值电流控制电路、轻载状态检测电路输出的控制信号，根据上述各电路所接收信号表征的负载变化切换受控开关，使受控电路运行于多种模式。

2、根据权利要求1所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述开关频率控制电路包括

锯齿波产生电路，产生并输出锯齿波；

第一比较器，其同相输入端接收上述锯齿波；

短脉冲电路，一端电耦接至所述模式切换电路，另一端电耦接至锯齿波产生电路；

开关频率参考信号给定电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，并输出开关频率参考信号至第一比较器的反相输入端；

第一比较器的输出端电耦接至模式切换电路，向其输出开关频率控制信号。

3、根据权利要求1所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述峰值电流控制电路，包括

第二比较器，其同相输入端作为所述峰值电流控制电路的一个输入端，接收所述受控开关的电流信号；

减法器，其输入端作为所述峰值电流控制电路的另一个输入端，接收被控电路输出信号的反馈信号，并输出差信号；

峰值电流参考信号给定电路，输入端分别接收所述差信号和电流参考信号，输出峰值电流参考信号至第二比较器的反相输入端。

4、根据权利要求3所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述峰值电流参考信号给定电路判定所述差信号和所述电流参考信号的大小，将较小的信号作为所述峰值电流参考信号。

5、根据权利要求3所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述峰值电流参考信号给定电路判定所述差信号和所述电流参考信号的大小，将较大的信号作为所述峰值电流参考信号。

6、根据权利要求2所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述锯齿波产生电路，包括

电流源及与之并联的第一开关、第一电容；

第一开关具有控制端，该控制端电耦接至短脉冲电路。

7、根据权利要求2所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述开关频率参考信号给定电路，包括

第一电阻，一端接收被控电路输出信号的反馈信号，另一端电耦接至第一比较器的反相输入端；

钳位器，其钳位端电耦接至第一比较器的反相输入端，其另一端接地。

8、根据权利要求2所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述开关频率参考信号给定电路，包括

第一电阻；

偏置电压源；

开关频率参考信号判定电路；

所述开关频率参考信号判定电路的一端通过第一电阻接收被控电路输出信号的反馈信号，另一端接收偏置电压源输出的频率参考信号，判定接收的上述两个信号的大小，并将大的信号作为开关频率参考信号输送至第一比较器的反相输入端。

9、根据权利要求1所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述轻载状态检测电路，包括

减法器，输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出差信号；

滞回比较器，其同相输入端接收所述差信号，其反相输入端接收参考电平，其输出端电耦接至模式切换电路。

10、根据权利要求3所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述轻载状态检测电路，包括

第二减法器，输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出差信号；

滞回比较器，其同相输入端接收所述差信号，其反相输入端接收，其输出端电耦接至模式切换电路；

所述减法器与第二减法器为同一器件。

11、根据权利要求1所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述模式切换电路，包括

RS触发器，其置位端和输出端电耦接至开关频率控制电路，其复位端电耦接至峰值电流控制电路；

门电路，其一个输入端电耦接至RS触发器的输出端，其另一个输入端电耦接至轻载状态检测电路，其输出端电耦接至受控开关的控制端。

12、根据权利要求11所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述门电路为与门电路，其输出端通过驱动电路电耦接至受控开关的控制端。

13、根据权利要求1～12之一所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述控制电路随着其控制的被控电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换受控开关，使被控电路运行在如下模式：

a.开关频率变化，峰值电流恒定；

b.开关频率变化，峰值电流变化；

c.开关频率恒定，峰值电流变化；

d.脉冲跳跃模式；

所述a、b、c、d模式的顺序根据负载电流减小的情况任意排序。

14、根据权利要求1～12之一所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述控制电路随着其控制的被控电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换受控开关，使被控电路依次运行在如下模式：

开关频率变化且峰值电流恒定模式；

开关频率变化且峰值电流变化模式；

开关频率恒定且峰值电流变化模式；

脉冲跳跃模式。

15、根据权利要求1～12之一所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述控制电路随着其控制的被控电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换受控开关，使被控电路依次运行在如下模式：

开关频率变化且峰值电流恒定模式；

开关频率变化且峰值电流变化模式；

脉冲跳跃模式。

16、一种AC-DC变换电路，包括

整流桥，用以接收所述AC-DC变换电路的交流输入信号，并输出直流信号；

储能元件，能够储存能量；

受控开关，电耦接至所述储能元件，在所述受控开关被导通时所述储能元件存储能量，在所述受控开关被断开时所述储能元件中存储的能量被传送至负载；

电流采样电路，电耦接至所述受控开关，采样流过所述受控开关的电流，并产生代表流过所述受控开关的电流的电流采样信号；

输出反馈电路，采样所述变换电路的输出电压，并产生与所述输出电压相关的反馈信号；

其特征在于，还包括

多模式控制电路，所述受控开关设置于该控制电路内；

该多模式控制电路，包括

开关频率控制电路，接收输出反馈电路的反馈信号，输出开关频率控制信号；

峰值电流控制电路，一个输入端接收流过所述受控开关、由电流采样电路产生的电流采样信号，另一个输入端接收被控电路输出信号反馈信号，输出峰值电流控制信号；

轻载状态检测电路，接收输出反馈电路的反馈信号，输出轻载状态控制信号；

模式切换电路，分别接收开关频率控制电路、峰值电流控制电路、轻载状态检测电路输出的控制信号，根据上述各电路所接收信号表征的负载变化切换受控开关，使受控电路运行于多种模式。

17、根据权利要求16所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述控制电路随着变换电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换受控开关，使变换电路运行在如下模式：

a.开关频率变化，峰值电流恒定；

b.开关频率变化，峰值电流变化；

c.开关频率恒定，峰值电流变化；

d.脉冲跳跃模式；

所述a、b、c、d模式的顺序根据负载电流减小的情况任意排序。

18、根据权利要求16所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述控制电路随着变换电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换受控开关，使变换电路依次运行在如下模式：

开关频率变化且峰值电流恒定模式；

开关频率变化且峰值电流变化模式；

开关频率恒定且峰值电流变化模式；

脉冲跳跃模式。

19、根据权利要求16所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述控制电路随着变换电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换受控开关，使变换电路依次运行在如下模式：

开关频率变化且峰值电流恒定模式；

开关频率变化且峰值电流变化模式；

脉冲跳跃模式。

20、根据权利要求16～19之一所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述开关频率控制电路包括

锯齿波产生电路，产生并输出锯齿波；

第一比较器，其同相输入端接收上述锯齿波；

短脉冲电路，一端电耦接至所述模式切换电路，另一端电耦接至锯齿波产生电路；

开关频率参考信号给定电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，并输出开关频率参考信号至第一比较器的反相输入端；

第一比较器的输出端电耦接至模式切换电路，向其输出开关频率控制信号。

21、根据权利要求16～19之一所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述峰值电流控制电路，包括

第二比较器，其同相输入端作为所述峰值电流控制电路的一个输入端，接收所述电流采样信号；

减法器，其输入端作为所述峰值电流控制电路的另一个输入端，接收被控电路输出信号的反馈信号，并输出差信号；

峰值电流参考信号给定电路，输入端分别接收所述差信号和电流参考信号，输出峰值电流参考信号至第二比较器的反相输入端。

22、根据权利要求21所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述峰值电流参考信号给定电路判定所述差信号和所述电流参考信号的大小，将较小的信号作为所述峰值电流参考信号。

23、根据权利要求21所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述峰值电流参考信号给定电路判定所述差信号和所述电流参考信号的大小，将较大的信号作为所述峰值电流参考信号。

24、根据权利要求20所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述锯齿波产生电路，包括

电流源及与之并联的第一开关、第一电容；

第一开关具有控制端，该控制端电耦接至短脉冲电路。

25、根据权利要求20所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述开关频率参考信号给定电路，包括

第一电阻，一端接收被控电路输出信号的反馈信号，另一端电耦接至第一比较器的反相输入端；

钳位器，其钳位端电耦接至第一比较器的反相输入端，其另一端接地。

26、根据权利要求20所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述开关频率参考信号给定电路，包括

第一电阻；

偏置电压源；

开关频率参考信号判定电路；

所述开关频率参考信号判定电路的一端通过第一电阻接收被控电路输出信号的反馈信号，另一端接收偏置电压源输出的频率参考信号，判定接收的上述两个信号的大小，并将大的信号作为开关频率参考信号输送至第一比较器的反相输入端。

27、根据权利要求16～19之一所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述轻载状态检测电路，包括

减法器，其输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出差信号；

滞回比较器，其同相输入端接收所述差信号，其反相输入端接收参考电平，其输出端电耦接至模式切换电路。

28、根据权利要求21所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述轻载状态检测电路，包括

第二减法器，其输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出差信号；

滞回比较器，其同相输入端接收所述差信号，其反相输入端接收参考电平，其输出端电耦接至模式切换电路；

所述减法器与第二减法器为同一器件。

29、根据权利要求16～19之一所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述模式切换电路，包括

RS触发器，其置位端和输出端电耦接至开关频率控制电路，其复位端电耦接至峰值电流控制电路；

门电路，其一个输入端电耦接至RS触发器的输出端，其另一个输入端电耦接至轻载状态检测电路，其输出端电耦接至受控开关的控制端。

30、根据权利要求29所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述门电路为与门电路，其输出端通过驱动电路电耦接至受控开关的控制端。

31、一种多模式的控制方法，其特征在于，包括

检测状态：检测负载状态；

切换模式：根据负载状态，切换电路运行于多种控制模式。

32、根据权利要求31所述一种多模式的控制方法，其特征在于，所述检测状态是指检测负载电流的变化；所述切换模式是指随着负载电流减小，切换电路运行于如下模式：

a.开关频率变化，峰值电流恒定；

b.开关频率变化，峰值电流变化；

c.开关频率恒定，峰值电流变化；

d.脉冲跳跃模式；

所述a、b、c、d模式的顺序根据负载电流减小的情况任意排序。

33、根据权利要求31所述一种多模式的控制方法，其特征在于，所述检测状态是指检测负载电流的变化；所述切换模式是指随着负载电流减小，切换电路依次运行于包括如下模式：

开关频率变化且峰值电流恒定模式；

开关频率变化且峰值电流变化模式；

开关频率恒定且峰值电流变化模式；

脉冲跳跃模式。

34、根据权利要求31所述一种多模式的控制方法，其特征在于，所述检测状态是指检测负载电流的变化；所述切换模式是指随着负载电流减小，切换电路依次运行于包括如下模式：

开关频率变化且峰值电流恒定模式；

开关频率变化且峰值电流变化模式；

脉冲跳跃模式。

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